(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-10-07
(54)【発明の名称】色純度が改善された発光ダイオード
(51)【国際特許分類】
H01L 33/50 20100101AFI20220930BHJP
H01L 33/58 20100101ALI20220930BHJP
H01L 33/60 20100101ALI20220930BHJP
【ＦＩ】
H01L33/50
H01L33/58
H01L33/60
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022506522
(86)(22)【出願日】2020-07-24
(85)【翻訳文提出日】2022-03-29
(86)【国際出願番号】 EP2020071005
(87)【国際公開番号】W WO2021018784
(87)【国際公開日】2021-02-04
(31)【優先権主張番号】1911008.9
(32)【優先日】2019-08-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520445406
【氏名又は名称】プレッシー・セミコンダクターズ・リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＰＬＥＳＳＥＹ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＳ ＬＩＭＩＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】キム，ジュン－ヨン
(72)【発明者】
【氏名】メゾウアリ，サミル
(72)【発明者】
【氏名】シャノン，ジョン
(72)【発明者】
【氏名】ストリブリー，ケビン
(72)【発明者】
【氏名】アズィーズ，モフシン
【テーマコード（参考）】
5F142
【Ｆターム（参考）】
5F142AA22
5F142CE06
5F142CE15
5F142CG03
5F142CG05
5F142CG06
5F142CG23
5F142CG32
5F142DA14
5F142DA22
5F142DA36
5F142DA64
5F142DA73
5F142DB20
5F142EA34
5F142GA01
5F142HA05
(57)【要約】
色純度が改善された発光ダイオード。発光面からポンプ光波長を有するポンプ光を放射するように構成されたＬＥＤ層を有する発光ダイオードが提供され、ＬＥＤ層は複数のＩＩＩ族窒化物層を備える。容器層は、ＬＥＤ層の発光面に設けられ、容器面は、容器層を通ってＬＥＤ層の発光面までの容器容積を画定する開口部を含む。色変換層は容器容積内に設けられ、色変換層は、ポンプ光を吸収し、ポンプ光波長よりも長い変換光波長の変換光を放射するように構成される。レンズは、開口部の上の容器面に設けられ、レンズは、レンズの色変換層とは反対側に凸面を有する。レンズの凸面上に設けられたポンプ光反射器積層体であって、第１の波長を中心とするポンプ光を反射するように構成された阻止帯域を有する、ポンプ光反射器積層体。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光ダイオードであって、発光面からポンプ光波長を有するポンプ光を放射するように構成されたＬＥＤ層であって、複数のＩＩＩ族窒化物層を備えるＬＥＤ層と、
前記ＬＥＤ層の前記発光面に設けられた容器層であって、前記容器層の前記発光面とは反対側に容器面を有し、前記容器面は、前記容器層を通って前記ＬＥＤ層の前記発光面までの容器容積を画定する開口部を含む、容器層と、
前記容器容積内に設けられた色変換層であって、ポンプ光を吸収し、前記ポンプ光波長よりも長い変換光波長の変換光を放射するように構成された色変換層と、
前記開口部の上の前記容器面に設けられたレンズであって、前記レンズの前記色変換層とは反対側に凸面を有するレンズと、
前記レンズの前記凸面に設けられ、第１の波長を中心とする前記ポンプ光を反射するように構成された阻止帯域を有するポンプ光反射器積層体であって、
前記レンズの前記凸面に設けられた第１の界面層であって、第１の厚さと第１の屈折率とを有し、前記第１の屈折率と前記第１の厚さとの積は、前記第１の波長の８分の１である、第１の界面層と、
複数の層であって、
第２の屈折率と第２の厚さとを有する低反射率層であって、前記第２の屈折率は前記第１の屈折率よりも低い、低反射率層と、
第３の厚さと前記第２の屈折率よりも高い第３の屈折率とを有する高反射率層と、の間で交互になっており、
前記低反射率層の各々についての前記第２の屈折率と前記第２の厚さとの積は、前記第１の波長の４分の１であり、前記高反射率層の各々についての前記第３の屈折率と前記第３の厚さとの積は、前記第１の波長の４分の１である、複数の層と、
前記複数の層のうちの低反射率層に設けられ、第４の屈折率と第４の厚さとを有し、前記第４の屈折率と前記第４の厚さとの積は、前記第１の波長の８分の１であり、前記第４の屈折率は前記第２の屈折率よりも大きい、第２の界面層と、を備える、ポンプ光反射器積層体と、を備える、発光ダイオード。
【請求項2】
前記容器層は、前記容器容積を画定する内側側壁を備え、前記容器容積を画定する前記内側側壁は、前記ＬＥＤ層の前記発光面に対して鋭角に傾斜し、反射材料を備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項3】
前記ＬＥＤ層と前記色変換層との間に設けられ、第２の波長を中心とする前記変換光を反射するように構成された阻止帯域を有する変換光反射器積層体をさらに備え、前記変換光反射器積層体は、前記ＬＥＤ層の前記発光面に設けられた第３の界面層であって、第５の厚さと第５の屈折率とを有し、前記第５の厚さと前記第５の屈折率との積は、前記第２の波長の８分の１である、第３の界面層と、
複数の層であって、
第６の厚さと前記第５の屈折率よりも高い第６の屈折率とを有する変換光高反射率層と、
第７の屈折率と第７の厚さとを有し、前記第７の屈折率が前記第６の屈折率よりも低い変換光低反射率層との間で交互になっており、
前記変換光高反射率層の各々についての前記第６の屈折率と前記第６の厚さとの積は、前記第２の波長の４分の１であり、前記変換光低反射率層の各々についての前記第７の屈折率と前記第７の厚さとの積は、前記第２の波長の４分の１である、複数の層と、
前記複数の層のうちの変換光高反射率層に設けられ、第８の屈折率と第８の厚さとを有し、前記第８の屈折率と前記第８の厚さとの積は、前記第２の波長の８分の１であり、前記第８の屈折率は前記第６の屈折率よりも低い、第４の界面層と、を備える、請求項１または２に記載の発光ダイオード。
【請求項4】
前記容器層の前記内側側壁に設けられた反射増強層をさらに備え、前記反射増強層は誘電体を備える、先行する請求項のいずれか１項に記載のＬＥＤ。
【請求項5】
前記ポンプ光反射器積層体の上に設けられた反射防止層をさらに備え、前記反射防止層は、前記変換光波長の光の反射を低減するように構成されている、先行する請求項のいずれか１項に記載のＬＥＤ。
【請求項6】
前記ポンプ光反射器積層体の前記レンズとは反対側にレンズ界面層が設けられている、先行する請求項のいずれか１項に記載のＬＥＤ。
【請求項7】
前記色変換層は、量子ドットまたは蛍光体を備える、先行する請求項のいずれか１項に記載のＬＥＤ。
【請求項8】
前記内側側壁は、前記ＬＥＤ層の前記発光面に対して少なくとも４５°の角度を形成する、および／または前記内側側壁は、前記ＬＥＤ層の前記発光面に対して８５°以下の角度を形成する、先行する請求項のいずれか１項に記載のＬＥＤ。
【請求項9】
前記ポンプ光波長は、少なくとも４４０ｎｍおよび／または４８０ｎｍ以下であってもよい、および／または前記変換光波長は、少なくとも５００ｎｍおよび／または６５０ｎｍ以下であってもよい、先行する請求項のいずれか１項に記載のＬＥＤ。
【請求項10】
前記第１、第３、および／または第４の屈折率は少なくとも２である、および／または前記第２の屈折率は１．８以下である、先行する請求項のいずれか１項に記載のＬＥＤ。
【請求項11】
前記容器層は、１０－８ｍ２以下の表面積を有する開口部を画定する、先行する請求項のいずれか１項に記載のＬＥＤ。
【請求項12】
前記第１の界面層の前記第１の屈折率、前記高反射率層の前記第３の屈折率、および前記第２の界面層の前記第４の屈折率は、同じである、および／または前記第３の界面層の前記第５の屈折率、前記変換光低反射率層の前記第７の屈折率、および前記第４の界面層の前記第８の屈折率は、同じである、先行する請求項のいずれか１項に記載のＬＥＤ。
【請求項13】
前記ポンプ光反射器積層体の前記第１の波長（λ０）、前記第２の屈折率（ｎＬ）および前記第３の屈折率（ｎＨ）は、前記ポンプ光波長よりも長い前記ポンプ光反射器積層体の上側阻止帯域波長（λｅ）を提供する、先行する請求項のいずれか１項に記載のＬＥＤ。【数1】
【請求項14】
前記ポンプ光反射器および／または前記変換光反射器は、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２の層を備える、先行する請求項のいずれか１項に記載のＬＥＤ。
【請求項15】
発光ダイオードアレイであって、複数のＬＥＤを含むＬＥＤ層であって、各ＬＥＤは発光面からポンプ光波長のポンプ光を放射するように構成され、各ＬＥＤは複数のＩＩＩ族窒化物層を備える、ＬＥＤ層と、
前記ＬＥＤ層の前記発光面に設けられた容器層であって、前記容器層の前記発光面とは反対側に容器面を有し、前記容器面は、各々が前記容器層を通って前記ＬＥＤ層の前記発光面までの容器容積を画定する複数の開口部を含み、各開口部および容器容積は、前記ＬＥＤ層のそれぞれのＬＥＤと位置合わせされている、容器層と、
容器容積内に選択的に設けられた色変換層であって、ポンプ光を吸収し、前記ポンプ光波長よりも長い第１の変換光波長の第１の変換光を放射するように構成された色変換層と、
色変換材料を含む前記容器容積への前記開口部の上の前記容器面に設けられたレンズであって、前記レンズの前記色変換層とは反対側に凸面を有するレンズと、
前記レンズの前記凸面に設けられ、第１の波長を中心とする前記ポンプ光を反射するように構成された阻止帯域を有するポンプ光反射器積層体であって、
前記レンズの凸面に設けられた第１の界面層であって、第１の厚さと第１の屈折率とを有し、前記第１の屈折率と前記第１の厚さとの積は、前記第１の波長の８分の１である、第１の界面層と、
複数の層であって、
第２の屈折率と第２の厚さとを有する低反射率層であって、前記第２の屈折率は前記第１の屈折率よりも低い、低反射率層と、
第３の厚さと前記第２の屈折率よりも高い第３の屈折率とを有する高反射率層と、の間で交互になっており、
前記低反射率層の各々についての前記第２の屈折率と前記第２の厚さとの積は、前記第１の波長の４分の１であり、前記高反射率層の各々についての前記第３の屈折率と前記第３の厚さとの積は、前記第１の波長の４分の１である、複数の層と、
前記複数の層のうちの低反射率層に設けられ、第４の屈折率と第４の厚さとを有し、前記第４の屈折率と前記第４の厚さとの積は、前記第１の波長の８分の１であり、前記第４の屈折率は前記第２の屈折率よりも長い、第２の界面層と、を備える、ポンプ光反射器積層体と、を備える、発光ダイオードアレイ。
【請求項16】
さらなる色変換層が前記複数の容器容積のうちのさらなる容器容積内に設けられ、前記さらなる色変換層は、ポンプ光を吸収し、前記第１の変換光波長よりも長い第２の変換光波長の第２の変換光を放射するように構成され、前記さらなる容器容積の上にレンズが設けられ、前記レンズにポンプ光反射器積層体が設けられている、
請求項１５に記載の発光ダイオードアレイ。
【請求項17】
前記色変換層と前記ＬＥＤ層の前記対応するＬＥＤの前記発光面との間に設けられた少なくとも１つの変換光反射器積層体をさらに備え、前記変換光反射器積層体は、第２の波長を中心とする前記第１および／または第２の変換光を反射するように構成された阻止帯域を有し、前記変換光反射器積層体は、前記ＬＥＤ層の前記発光面に設けられた第３の界面層であって、第５の厚さと第５の屈折率とを有し、前記第５の厚さと前記第５の屈折率との積は、前記第２の波長の８分の１である、第３の界面層と、
複数の層であって、
第６の厚さと前記第５の屈折率よりも高い第６の屈折率とを有する変換光高反射率層と、
第７の屈折率と第７の厚さとを有し、前記第７の屈折率が前記第６の屈折率よりも低い変換光低反射率層との間で交互になっており、
前記変換光高反射率層の各々についての前記第６の屈折率と前記第６の厚さとの積は、前記第２の波長の４分の１であり、前記変換光低反射率層の各々についての前記第７の屈折率と前記第７の厚さとの積は、前記第２の波長の４分の１である、複数の層と、
前記複数の層のうちの変換光高反射率層に設けられ、第８の屈折率と第８の厚さとを有し、前記第８の屈折率と前記第８の厚さとの積は、前記第２の波長の８分の１であり、前記第８の屈折率は前記第６の屈折率よりも低い、第４の界面層と、を備える、
請求項１５または請求項１６に記載の発光ダイオードアレイ。
【請求項18】
前記容器層は、前記容器容積を画定する複数の内側側壁を備え、前記容器容積を画定する前記内側側壁は、前記ＬＥＤ層の前記発光面に対して鋭角に傾斜し、反射材料を備える、請求項１５から１７のいずれか１項に記載のＬＥＤアレイ。
【請求項19】
前記容器層の前記内側側壁に設けられた反射増強層をさらに備え、前記反射増強層は誘電体を備える、請求項１８に記載のＬＥＤアレイ。
【請求項20】
各ポンプ光反射器積層体の上に設けられた反射防止層をさらに備え、前記反射防止層は、前記第１の変換光波長および／または前記第２の変換光波長の光の反射を低減するように構成される、請求項１５から１９のいずれか１項に記載のＬＥＤアレイ。
【請求項21】
各色変換層は量子ドットまたは蛍光体を備える、請求項１５から２０のいずれか１項に記載のＬＥＤアレイ。
【請求項22】
前記内側側壁は、前記ＬＥＤ層の前記発光面に対して少なくとも３０°の角度を形成する、および／または前記内側側壁は、前記ＬＥＤ層の前記発光面に対して８５°以下の角度を形成する、請求項１５から２１のいずれか１項に記載のＬＥＤアレイ。
【請求項23】
前記ポンプ光波長は、少なくとも４４０ｎｍおよび／または４８０ｎｍ以下であってもよい、および／または前記第１の変換光波長は、少なくとも５００ｎｍおよび／または６５０ｎｍ以下であってもよい、および／または
前記第２の変換光波長は、少なくとも６００ｎｍおよび／または６５０ｎｍ以下であってもよい、請求項１５から２２のいずれか１項に記載のＬＥＤアレイ。
【請求項24】
前記ポンプ光反射器積層体はＳｉＯ２およびＴｉＯ２の層を備える、請求項１５から２３のいずれか１項に記載のＬＥＤアレイ。
【請求項25】
前記ポンプ光反射器積層体は、酸素を備える複数の層と、フッ素を備える複数の層とを備える、請求項１５から２３のいずれか１項に記載のＬＥＤアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
開示の分野
本開示は、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびＬＥＤアレイに関する。特に、本開示は、ＩＩＩ族窒化物を含むＬＥＤに関する。
本開示は、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびＬＥＤアレイに関する。特に、本開示は、ＩＩＩ族窒化物を含むＬＥＤに関する。
【背景技術】
【0002】
背景
マイクロＬＥＤアレイは、一般に、１００×１００μｍ２以下のサイズを有するＬＥＤのアレイとして定義される。マイクロＬＥＤアレイは、スマートウォッチ、ヘッドウェアディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、カムコーダ、ビューファインダ、マルチサイト励起源、およびピコプロジェクタなどの様々なデバイスでの使用に適した自発光マイクロディスプレイ／プロジェクタである。
マイクロＬＥＤアレイは、一般に、１００×１００μｍ２以下のサイズを有するＬＥＤのアレイとして定義される。マイクロＬＥＤアレイは、スマートウォッチ、ヘッドウェアディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、カムコーダ、ビューファインダ、マルチサイト励起源、およびピコプロジェクタなどの様々なデバイスでの使用に適した自発光マイクロディスプレイ／プロジェクタである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
マイクロＬＥＤアレイの１つの既知の形態は、ＩＩＩ族窒化物から形成された複数のＬＥＤを備える。ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤは、活性発光領域にＧａＮおよびそのＩｎＮとＡｌＮとの合金を含む無機半導体ＬＥＤである。ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤは、従来の大面積ＬＥＤ、例えば光発生層が有機化合物である有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）よりも著しく高い電流密度で駆動することができ、より高い光出力密度を放射することができる。結果として、所与の方向における光源の単位面積当たりに放射される光の量として定義されるより高い輝度（明るさ）は、マイクロＬＥＤを高い輝度を必要とする、高い輝度それから利益を得る用途に好適なものとする。例えば、高輝度から恩恵を受ける用途は、高輝度環境のディスプレイまたはプロジェクタを含み得る。さらに、ＩＩＩ族窒化物マイクロＬＥＤは、他の従来の大面積ＬＥＤと比較して、ワット当たりのルーメン（ｌｍ／Ｗ）で表される比較的高い発光効率を有することが知られている。ＩＩＩ族窒化物マイクロＬＥＤアレイの比較的高い発光効率は、他の光源と比較して電力使用を低減し、マイクロＬＥＤを携帯用デバイスに特に適したものにする。
【0004】
多くの用途において、ある範囲の波長を有する光を出力することができるマイクロＬＥＤアレイ（すなわち、カラーディスプレイ／プロジェクタ）を提供することが望ましい。例えば、多くのカラーディスプレイでは、共通の基板上に複数の画素を有するマイクロＬＥＤアレイを提供することが望ましく、各画素は、例えば、赤色、緑色、および青色光の組み合わせを出力することができる。
【0005】
一般に、各々が異なる色の範囲を出力することができる複数の画素を備えるＬＥＤカラーディスプレイを提供するための２つの主な手法がある。１つの手法は、アレイの各画素に複数のＬＥＤを提供しようとするものであり、各ＬＥＤは異なる波長の光を放射するように配置される。
【0006】
別の手法は、アレイの各画素に蛍光体または量子ドットなどの１つまたは複数の色変換材料を提供することである。そのような色変換材料は、サブ画素の所望の色を提供するために、より高いエネルギーの光（ポンプ光）をより低いエネルギーの光（変換光）に変換することができる。
【0007】
色変換材料を使用することに関する１つの問題は、ポンプ光波長から変換光波長に光を効率的に変換し、次いで変換光のみを装置から抽出することが困難であることである。変換光を抽出する効率を低下させる１つの要因は、色変換材料（例えば量子ドット）も変換光を吸収し得ることである。
【0008】
さらに、色変換材料を使用する場合、ＬＥＤはポンプ光ではなく変換光のみを出力することが望ましい。ポンプ光がＬＥＤから漏れると、ＬＥＤの色純度が低下する。ＬＥＤの色純度は、多くの用途、例えばディスプレイにおいて、ＬＥＤにとって重要なパラメータである。
【0009】
ポンプ光漏れを低減する１つの選択肢は、分布ブラッグ反射器を使用してポンプ光を反射することである。「Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｒｏｓｓ－ｔａｌｋ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ－ｂａｓｅｄ ｆｕｌｌ－ｃｏｌｏｕｒ ｍｉｃｒｏ－ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ－ｄｉｏｄｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｂｙ ａ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ－ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ｍｏｌｄ」、Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、第５巻、第５冊、２０１７年１０月では、量子ドット（ＱＤ）の効率的な励起源としてＵＶマイクロＬＥＤアレイが使用されている。サブ画素間の光クロストークを低減するために、単純なリソグラフィ方法およびフォトレジストを使用して、ＱＤを追加するための開口部とクロストーク低減のための遮断壁とからなるモールドを製造する。分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）がＱＤの上に設けられ、ＱＤを通過するＵＶ光を反射し、それによってＱＤの発光を増加させる。ＤＢＲはまた、ポンプ光がＬＥＤを通過するのを防止することによってＬＥＤの色純度を高めるように作用する。
【0010】
ポンプ光漏れをさらに低減するために、色変換材料が提供されるＬＥＤの部分は、ポンプ光を吸収するように構成された材料で裏打ちされてもよい。Ｇｕａｎ－Ｓｙｕｎ Ｃｈｅｎらによる「Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｒｅｄ／Ｇｒｅｅｎ／Ｂｌｕｅ Ｍｉｃｒｏ－ＬＥＤ ｗｉｔｈ ＨＢＲ ａｎｄ ＤＢＲ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第３０号、第３冊、２０１８年２月１日では、遮光能力を有するブラックマトリクスフォトレジストがマイクロＬＥＤ上にスピンされる。ブラックマトリクスフォトレジストは、赤色または緑色量子ドットを含む青色マイクロＬＥＤの側面から放射される青色光を遮断することができる。これにより、ブラックマトリクスフォトレジストによって、隣り合うＬＥＤ間の青色光クロストークが低減される。しかし、各サブ画素の内壁に入射した可視光はすべて吸収されるため、変換効率が大幅に低下する。
【0011】
したがって、色純度と色変換材料を備えるＬＥＤの効率とをさらに改善する必要がある。
【0012】
本発明の目的は、従来技術のＬＥＤに関連する問題の少なくとも１つに対処する、または少なくとも、それに対する商業的に有用な代替物を提供する改善されたＬＥＤを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
概要
本発明者らは、色変換材料を備えるＬＥＤの純度も向上させながら、色効率を改善し、各画素間のクロストークを遮断することが望ましいことを認識した。そのようなＬＥＤの色純度および効率に影響を及ぼす要因には、ＬＥＤからのポンプ光漏れ、ポンプ光を変換する際の色変換材料の効率、および変換光を抽出する際のＬＥＤの効率が含まれる。
本発明者らは、色変換材料を備えるＬＥＤの純度も向上させながら、色効率を改善し、各画素間のクロストークを遮断することが望ましいことを認識した。そのようなＬＥＤの色純度および効率に影響を及ぼす要因には、ＬＥＤからのポンプ光漏れ、ポンプ光を変換する際の色変換材料の効率、および変換光を抽出する際のＬＥＤの効率が含まれる。
【0014】
本発明者らは、「Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｒｏｓｓ－ｔａｌｋ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ－ｂａｓｅｄ ｆｕｌｌ－ｃｏｌｏｕｒ ｍｉｃｒｏ－ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ－ｄｉｏｄｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｂｙ ａ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ－ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ｍｏｌｄ」に開示されているＤＢＲなどの従来のＤＢＲが、色変換材料を有するＬＥＤに適用された場合にいくつかの明確な欠点を有することを認識した。図１ａは、異なる入射角の範囲における従来のＤＢＲの反射率の概略図を示す。通過帯域領域（すなわち、阻止帯域のいずれかの側）におけるＤＢＲの反射率は阻止帯域における反射率よりも小さいが、反射率は依然として有意であることが理解されよう。
【0015】
図１ａに示すように、ＤＢＲの入射角を変えると、通過帯域の反射率の高調波ピークのピーク波長がシフトする。図１ａに示すように、（法線に対して）入射角を０°と３０°との間で変化させると、高調波ピークが可視光波帯のかなりの割合にわたってシフトする。
【0016】
色変換材料（例えば、量子ドット）によって出力された変換光は、色変換材料から全方向に出力される。したがって、ＤＢＲを組み込んだＬＥＤの場合、ＤＢＲに入射する変換光のかなりの割合は、非ゼロ入射角を有する。これは、変換光波長（例えば、緑色光または赤色光）では低い反射率を有するが、ポンプ光波長（例えば、青色光）では高い反射率を有する反射器の設計にとって課題となる。
【0017】
本発明の第１の態様によれば、ＬＥＤが提供される。ＬＥＤは、ＬＥＤ層と、容器層と、色変換層と、レンズと、ポンプ光反射器積層体とを備える。ＬＥＤ層は、発光面からポンプ光波長を有するポンプ光を放射するように構成され、ＬＥＤ層は、複数のＩＩＩ族窒化物層を備える。容器層は、ＬＥＤ層の発光面に設けられている。容器層は、容器層の発光面とは反対側に容器面を有し、容器面は、容器層を通ってＬＥＤ層の発光面までの容器容積を画定する開口部を含む。色変換層は容器容積内に設けられ、色変換層は、ポンプ光を吸収し、ポンプ光波長よりも長い変換光波長の変換光を放射するように構成される。レンズは、開口部の上の容器面に設けられる。レンズは、レンズの色変換層とは反対側に凸面を有する。レンズの凸面には、ポンプ光反射器積層体が設けられている。ポンプ光反射器積層体は、ポンプ光を反射するように構成された阻止帯域を有する。阻止帯域は、第１の波長を中心とする。ポンプ光反射器積層体は、
（ｉ）レンズの凸面に設けられた第１の界面層であって、第１の厚さと第１の屈折率とを有し、第１の屈折率と第１の厚さとの積は、第１の波長の８分の１である、第１の界面層と、
（ｉｉ）第２の屈折率を有する低反射率層と第２の厚さとの間で交互になっている複数の層であって、第２の屈折率は第１の屈折率よりも低い、複数の層と、第３の厚さと第２の屈折率よりも高い第３の屈折率とを有する高反射率層であって、低反射率層の各々についての第２の屈折率と第２の厚さとの積は、第１の波長の４分の１であり、高反射率層の各々についての第３の屈折率と第３の厚さとの積は、第１の波長の４分の１である、高反射率層と、
（ｉｉｉ）複数の層のうちの低反射率層に設けられた第２の界面層であって、第４の屈折率と第４の厚さとを有し、第４の屈折率と第４の厚さとの積は、第１の波長の８分の１である、第２の界面層と、を備える。
（ｉ）レンズの凸面に設けられた第１の界面層であって、第１の厚さと第１の屈折率とを有し、第１の屈折率と第１の厚さとの積は、第１の波長の８分の１である、第１の界面層と、
（ｉｉ）第２の屈折率を有する低反射率層と第２の厚さとの間で交互になっている複数の層であって、第２の屈折率は第１の屈折率よりも低い、複数の層と、第３の厚さと第２の屈折率よりも高い第３の屈折率とを有する高反射率層であって、低反射率層の各々についての第２の屈折率と第２の厚さとの積は、第１の波長の４分の１であり、高反射率層の各々についての第３の屈折率と第３の厚さとの積は、第１の波長の４分の１である、高反射率層と、
（ｉｉｉ）複数の層のうちの低反射率層に設けられた第２の界面層であって、第４の屈折率と第４の厚さとを有し、第４の屈折率と第４の厚さとの積は、第１の波長の８分の１である、第２の界面層と、を備える。
【0018】
第１の態様によるポンプ光反射器積層体は、ＬＥＤ層が発生するポンプ光波長の光に対して高い反射率を有するように構成されている。反射器積層体はまた、色変換材料によって出力される変換光波長の光に対して低い反射率を有するように構成される。したがって、ポンプ光反射器積層体は、実質的にポンプ光波長程度の波長を有する光の帯域阻止フィルタであり、変換光を透過させる。当該技術分野で知られているＤＢＲとは対照的に、ポンプ光反射器積層体の反射率は、その上側通過帯域に抑制された高調波ピークを有する。したがって、色変換材料によって出力される変換光の下側部分は、ＤＢＲと比較してポンプ光反射器積層体によって反射される。
【0019】
さらに、上側通過帯域におけるポンプ光反射器積層体の反射率は、光の入射角の変化に対する感度が著しく低い。例えば、第１の態様によるポンプ光反射器積層体は、０°から３０°までおよびそれを超える入射角でポンプ光反射器積層体に入射する変換光に対して比較的低い（例えば１０％未満）ままである反射率を有し得る。したがって、ポンプ光反射器積層体は、従来のＤＢＲと比較して、異なる入射角の範囲を有する変換光の下側部分を反射する。
【0020】
本発明者らはまた、ＬＥＤに反射器を設けることに関連するさらなる問題が、４５°を超える入射角で反射器に入射する光が、反射器とＬＥＤとの間の界面で全内部反射されることであると認識した。上述したように、色変換材料は、一般に、変換光の一部を吸収する。したがって、変換光の内部反射は、ＬＥＤを出る変換光の割合を減少させるだけでなく、色変換材料によって吸収される変換光の割合も増加させる。これらの作用はいずれも、変換光を出力するためのＬＥＤの効率を低下させる。
【0021】
第１の態様によるＬＥＤは、レンズの凸面にポンプ光反射器積層体を設けることで、ＬＥＤが変換光を出力する効率をより高めることを目的とする。ポンプ光反射器積層体が凸面に設けられることで、平面上にポンプ光反射器積層体を設ける場合と比較して、４５°を超える入射角でポンプ光反射器積層体に入射する変換光の割合が減少する。したがって、変換光の大部分は、内部反射ではなくポンプ光反射器積層体を透過する。
【0022】
ポンプ光反射器積層体は、事実上、帯域阻止フィルタである。したがって、ポンプ光反射器積層体は、実質的にすべての光がポンプ光反射器積層体によって反射される下側阻止帯域波長から上側阻止帯域波長までの波長の範囲にわたって阻止帯域を有する。阻止帯域は、上側阻止帯域波長および下側阻止帯域波長が中心波長から等距離になるように、中心波長（例えば、第１の波長）を中心とする。ポンプ光反射器積層体の阻止帯域は、ポンプ光波長が阻止帯域内に入るように構成され、それによってポンプ光がポンプ光反射器積層体によって反射されることを確実にする。阻止帯域の中心波長（第１の波長）は、ポンプ光波長とは異なり得ることが当業者には理解されよう。すなわち、いくつかの実施形態ではそうであり得るが、阻止帯域はポンプ光波長を中心としなくてもよい。
【0023】
いくつかの実施形態では、容器層は、容器容積を画定する内側側壁を備え、容器容積を画定する内側側壁は、ＬＥＤ層の発光面に対して鋭角に傾斜し、反射材料を備える。容器層に反射側壁を設けることにより、側壁に入射する光の大部分が（光吸収側壁に対して）容器容積内に反射される。したがって、色変換材料から全方向に生成され得る変換光の大部分がＬＥＤから抽出され得る。さらに、側壁は、光の大部分がポンプ光反射器積層体に向かって反射されるように傾斜している。傾斜した反射側壁を設けることにより、ポンプ光反射器積層体への変換された入射の割合が増加し、変換光は様々な入射角で入射する。上述したように、上側通過帯域におけるポンプ光反射器積層体の反射率は、光の入射角の変化に対する感度が著しく低い。したがって、傾斜した反射側壁とポンプ光反射器積層体との間には、ＬＥＤからの変換光の取り出し効率を高める相乗効果が存在し得る。
【0024】
いくつかの実施形態では、ＬＥＤは、容器層の内側側壁に設けられた反射増強層をさらに備え、反射増強層は誘電体を備える。例えば、反射増強層はＳｉＯ２を備えてもよい。
【0025】
いくつかの実施形態では、ＬＥＤは、ポンプ光反射器積層体の上に設けられた反射防止層をさらに備え、反射防止層は、変換光波長の光の反射を低減するように構成される。いくつかの実施形態では、反射防止層は、ポンプ光反射器積層体の第２の界面層の屈折率よりも低い屈折率を有する材料を備える。いくつかの実施形態では、反射防止層は、第１の波長の４分の１の厚さを有する。ＬＥＤの変換光取り出し効率を高めるために、反射防止層が設けられる。
【0026】
いくつかの実施形態では、ＬＥＤ層と色変換層との間に変換光反射器積層体を設けてもよい。変換光反射器積層体は、第２の波長を中心とする変換光を反射するように構成された阻止帯域を有し、変換光反射器積層体は、
（ａ）ＬＥＤ層の発光面に設けられた第３の界面層であって、第５の厚さと第５の屈折率とを有し、第５の厚さと第５の屈折率との積は、第２の波長の８分の１である、第３の界面層と、
（ｂ）複数の層であって、
第６の厚さと第５の屈折率よりも高い第６の屈折率とを有する変換光高反射率層と、
第７の屈折率と第７の厚さとを有し、第７の屈折率が第６の屈折率よりも低い変換光低反射率層との間で交互になっており、
変換光高反射率層の各々についての第６の屈折率と第６の厚さとの積は、第２の波長の４分の１であり、変換光低反射率層の各々についての第７の屈折率と第７の厚さとの積は、第２の波長の４分の１である、複数の層と、
（ｃ）複数の層のうちの変換光高反射率層に設けられた第４の界面層であって、第８の屈折率と第８の厚さとを有し、第８の屈折率と第８の厚さとの積は、第２の波長の８分の１であり、第８の屈折率は第６の屈折率よりも低い、第４の界面層と、を備える。
（ａ）ＬＥＤ層の発光面に設けられた第３の界面層であって、第５の厚さと第５の屈折率とを有し、第５の厚さと第５の屈折率との積は、第２の波長の８分の１である、第３の界面層と、
（ｂ）複数の層であって、
第６の厚さと第５の屈折率よりも高い第６の屈折率とを有する変換光高反射率層と、
第７の屈折率と第７の厚さとを有し、第７の屈折率が第６の屈折率よりも低い変換光低反射率層との間で交互になっており、
変換光高反射率層の各々についての第６の屈折率と第６の厚さとの積は、第２の波長の４分の１であり、変換光低反射率層の各々についての第７の屈折率と第７の厚さとの積は、第２の波長の４分の１である、複数の層と、
（ｃ）複数の層のうちの変換光高反射率層に設けられた第４の界面層であって、第８の屈折率と第８の厚さとを有し、第８の屈折率と第８の厚さとの積は、第２の波長の８分の１であり、第８の屈折率は第６の屈折率よりも低い、第４の界面層と、を備える。
【0027】
上述のポンプ光反射器積層体を参照すると、変換光反射器積層体は、実際には変換光を反射するがポンプ光を透過するように構成された帯域阻止フィルタである。変換光反射器積層体は、ＬＥＤの変換光取り出し効率を高めるために、容器層の開口部（すなわち、ポンプ光反射器積層体への）に向けられる変換光の割合を増加させるために設けられる。
【0028】
いくつかの実施形態では、ポンプ光反射器積層体のレンズとは反対側にレンズ界面層が設けられる。レンズ界面層は、ポンプ光反射器層の反対側にさらなる凸面を有することができる、すなわち、レンズ界面層は、レンズおよびポンプ光反射器の上部にさらなるレンズ形状を画定することができる。レンズ界面層は、レンズと組み合わせてレンズ超構造体と考えることができる。したがって、ポンプ光反射器積層体は、レンズ超構造体内に設けられると考えることができる。いくつかの実施形態では、反射防止層は、レンズ界面層のさらなる凸面上のポンプ光反射器層の上に設けられてもよい。
【0029】
いくつかの実施形態では、色変換層は、量子ドットおよび／または蛍光体を備える。いくつかの実施形態では、容器容積の少なくとも５０％、６０％、７０％、８０％または９０％は色変換層によって充填されてもよい。いくつかの実施形態では、色変換層は、実質的に容器容積の中央領域に設けられる。
【0030】
いくつかの実施形態では、内側側壁は、ＬＥＤ層の発光面に対して少なくとも３０°の角度を形成する。したがって、内側側壁の傾斜を設けて、容器容積の開口部に反射される変換光の割合を増加させることができる。いくつかの実施形態では、内側側壁は、ＬＥＤ層の発光面に対して８５°以下の角度を形成する。したがって、内側側壁の傾斜は、容器層の開口部のかなりの割合がＬＥＤ層の発光面と整列するように設けられてもよい。
【0031】
いくつかの実施形態では、ポンプ光波長は、少なくとも４４０ｎｍおよび／または４８０ｎｍ以下であってもよい、および／または変換光波長は、少なくとも５００ｎｍおよび／または６５０ｎｍ以下であってもよい。したがって、第１の態様によるＬＥＤは、青色ポンプ光を異なる色の光に変換するように構成されてもよい。例えば、ＬＥＤは、赤色または緑色の変換光を出力することができる。
【0032】
いくつかの実施形態では、容器層は、１０－８ｍ２以下の表面積を有する開口部を画定する。いくつかの実施形態では、容器層は、１００μｍ×１００μｍ未満の面積寸法を有する開口部を画定することができる。したがって、第１の態様によるＬＥＤは、マイクロＬＥＤであってもよい。
【0033】
いくつかの実施形態では、ポンプ光反射器および／または変換光反射器は、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２の層を含むことができる。したがって、ポンプ光反射器および／または変換光反射器は、ディスプレイ、マイクロＬＥＤディスプレイなどの薄膜電子デバイスの製造に一般的に使用される薄膜堆積方法を使用して製造することができる。特に、ポンプ光反射器の層は、５１０ｎｍ～５５０ｎｍの範囲（緑色ＬＥＤの場合）および６００ｎｍ～６３０ｎｍの範囲（赤色ＬＥＤの場合）の通過帯域における高調波反射を抑制するように構成される。
【0034】
いくつかの実施形態では、第１、第３、および／または第４の屈折率は少なくとも２である。いくつかの実施形態では、第２の屈折率は１．８以下である。
【0035】
いくつかの実施形態では、第１の界面層の第１の屈折率、高反射率層の第３の屈折率、および第２の界面層の第４の屈折率は同じである。いくつかの実施形態では、第３の界面層の第５の屈折率、変換光低反射率層の第７の屈折率、および第４の界面層の第８の屈折率は同じである。したがって、ポンプ光反射器積層体および変換光反射器積層体の各々は、２つの異なる組成の交互層によって提供されてもよい。
【0036】
いくつかの実施形態では、ポンプ光反射器積層体の第１の波長（λ０）、第２の屈折率（ｎＬ）および第３の屈折率（ｎＨ）は、ポンプ光波長よりも長いポンプ光反射器積層体の上側阻止帯域波長（λｅ）を提供し、ここで、以下が成り立つ。
【0037】
【数1】
【0038】
本開示の第２の態様によれば、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイが提供される。ＬＥＤアレイは、ＬＥＤ層と、容器層と、色変換層と、レンズと、ポンプ光反射器とを備える。ＬＥＤ層は複数のＬＥＤを備え、各ＬＥＤは発光面からポンプ光波長のポンプ光を放射するように構成され、各ＬＥＤは複数のＩＩＩ族窒化物層を備える。容器層は、ＬＥＤ層の発光面に設けられている。容器層は、容器層の発光面とは反対側に容器面を有する。容器面は、各々が容器層を通ってＬＥＤ層の発光面までの容器容積を画定する複数の開口部を含み、各開口部および容器容積は、ＬＥＤ層のそれぞれのＬＥＤと整列している。色変換層は容器容積内に選択的に設けられ、色変換層は、ポンプ光を吸収し、ポンプ光波長よりも長い変換光波長の変換光を放射するように構成される。レンズは、色変換材料を収容する容器容積への開口部の上の容器面に設けられ、レンズは、レンズの色変換層とは反対側に凸面を有する。レンズの凸面には、ポンプ光反射器積層体が設けられている。ポンプ光反射器積層体は、第１の波長を中心とするポンプ光を反射するように構成された阻止帯域を有する。ポンプ光反射器積層体は、
（１）レンズの凸面に設けられた第１の界面層であって、第１の厚さと第１の屈折率とを有し、第１の屈折率と第１の厚さとの積は、第１の波長の８分の１である、第１の界面層と、
（２）複数の層であって、
第２の屈折率と第２の厚さとを有し、第２の屈折率は第１の屈折率よりも低い、低反射率層と、
第３の厚さと第２の屈折率よりも高い第３の屈折率とを有する高反射率層との間で交互になっており、
低反射率層の各々についての第２の屈折率と第２の厚さとの積は、第１の波長の４分の１であり、高反射率層の各々についての第３の屈折率と第３の厚さとの積は、第１の波長の４分の１である、複数の層と、
（３）複数の層のうちの低反射率層に設けられた第２の界面層であって、第４の屈折率と第４の厚さとを有し、第４の屈折率と第４の厚さとの積は、第１の波長の８分の１であり、第４の屈折率は第２の屈折率よりも長い、第２の界面層と、を備える。
（１）レンズの凸面に設けられた第１の界面層であって、第１の厚さと第１の屈折率とを有し、第１の屈折率と第１の厚さとの積は、第１の波長の８分の１である、第１の界面層と、
（２）複数の層であって、
第２の屈折率と第２の厚さとを有し、第２の屈折率は第１の屈折率よりも低い、低反射率層と、
第３の厚さと第２の屈折率よりも高い第３の屈折率とを有する高反射率層との間で交互になっており、
低反射率層の各々についての第２の屈折率と第２の厚さとの積は、第１の波長の４分の１であり、高反射率層の各々についての第３の屈折率と第３の厚さとの積は、第１の波長の４分の１である、複数の層と、
（３）複数の層のうちの低反射率層に設けられた第２の界面層であって、第４の屈折率と第４の厚さとを有し、第４の屈折率と第４の厚さとの積は、第１の波長の８分の１であり、第４の屈折率は第２の屈折率よりも長い、第２の界面層と、を備える。
【0039】
したがって、複数のＬＥＤを含むＬＥＤアレイを設けることができる。アレイ内のＬＥＤの少なくとも１つは、本発明の第１の態様に記載されているように、ポンプ光反射器を有するレンズによって覆われた色変換層を含む。したがって、第１の態様によるＬＥＤアレイは、色変換層を有するＬＥＤ、および／または色変換層を含まないＬＥＤの選択的使用によって、異なる波長（色）の範囲を有する光を出力することができる。したがって、ＬＥＤアレイは、ポンプ光波長および／または第１の変換光波長を有する光を出力することができる。重要なことに、ＬＥＤアレイは、少なくとも第１の態様について上述した理由から、改善された効率および色純度で第１の変換光波長の光を出力することができる。
【0040】
いくつかの実施形態では、さらなる色変換層が複数の容器容積のうちのさらなる容器容積内に設けられ、さらなる色変換層は、ポンプ光波長のポンプ光を吸収し、第１の変換光波長よりも長い第２の変換光波長の変換光を放射するように構成される。いくつかの実施形態では、レンズがさらなる容器容積の上に設けられ、ポンプ光反射器積層体がレンズの上に設けられる。
【0041】
したがって、ＬＥＤアレイは、それぞれの容器容積内に設けられた異なる色変換層を有する複数のＬＥＤを含むことができる。例えば、第１の色変換層は第１の容器容積内に設けられてもよく、第２の色変換層は第２の容器容積内に設けられてもよい。第１および第２の色変換層は、ポンプ光を変換光の異なる波長、例えばそれぞれ緑色および赤色に変換するように構成されてもよい。したがって、第２の態様によるＬＥＤアレイは、ＬＥＤディスプレイの１つまたは複数の画素を提供することができ、各画素は、赤色、緑色、および青色光（青色光はポンプ光である）を出力するＬＥＤを含む。
【0042】
図１ｂは、ＤＣＩ－Ｐ３色空間規格の一例を示す。ＬＥＤアレイのディスプレイ用途では、ＤＣＩ－Ｐ３色空間規格に準拠するＬＥＤアレイ内に複数のＬＥＤを設けることが望ましい。ＤＣＩ－Ｐ３に準拠するために、色変換層は、例えば、量子ドットを備えてもよい。したがって、第１の色変換層は、５３２ｎｍの波長を有する変換光を生成するように構成されてもよく、第２の色変換層は、６２５ｎｍの波長を有する変換光を生成するように構成されてもよい。第１および第２の色変換材料は、それぞれ第１および第２の色変換材料について４０ｎｍおよび５０ｎｍのスペクトル幅（半値全幅）を有してもよい。ポンプ光（青色サブ画素を提供する）は、２０ｎｍのスペクトル幅を有する４５５ｎｍのピーク波長を有してもよい。
【0043】
いくつかの実施形態では、色変換層とＬＥＤ層の対応するＬＥＤの発光面との間に少なくとも１つの変換光反射器積層体が設けられる。変換光反射器積層体は、第２の波長を中心とする第１および／または第２の変換光を反射するように構成された阻止帯域を有する。変換光反射器積層体は、
（ｘ）ＬＥＤ層の発光面に設けられた第３の界面層であって、第５の厚さと第５の屈折率とを有し、第５の厚さと第５の屈折率との積は、第２の波長の８分の１である、第３の界面層と、
（ｙ）複数の層であって、
第６の厚さと第５の屈折率よりも高い第６の屈折率とを有する変換光高反射率層と、
第７の屈折率と第７の厚さとを有し、第７の屈折率が第６の屈折率よりも低い変換光低反射率層との間で交互になっており、
変換光高反射率層の各々についての第６の屈折率と第６の厚さとの積は、第２の波長の４分の１であり、変換光低反射率層の各々についての第７の屈折率と第７の厚さとの積は、第２の波長の４分の１である、複数の層と、
（ｚ）複数の層のうちの変換光高反射率層に設けられた第４の界面層であって、第８の屈折率と第８の厚さとを有し、第８の屈折率と第８の厚さとの積は、第２の波長の８分の１であり、第８の屈折率は第６の屈折率よりも低い、第４の界面層と、を備える。
（ｘ）ＬＥＤ層の発光面に設けられた第３の界面層であって、第５の厚さと第５の屈折率とを有し、第５の厚さと第５の屈折率との積は、第２の波長の８分の１である、第３の界面層と、
（ｙ）複数の層であって、
第６の厚さと第５の屈折率よりも高い第６の屈折率とを有する変換光高反射率層と、
第７の屈折率と第７の厚さとを有し、第７の屈折率が第６の屈折率よりも低い変換光低反射率層との間で交互になっており、
変換光高反射率層の各々についての第６の屈折率と第６の厚さとの積は、第２の波長の４分の１であり、変換光低反射率層の各々についての第７の屈折率と第７の厚さとの積は、第２の波長の４分の１である、複数の層と、
（ｚ）複数の層のうちの変換光高反射率層に設けられた第４の界面層であって、第８の屈折率と第８の厚さとを有し、第８の屈折率と第８の厚さとの積は、第２の波長の８分の１であり、第８の屈折率は第６の屈折率よりも低い、第４の界面層と、を備える。
【0044】
いくつかの実施形態では、容器層は、容器容積を画定する複数の内側側壁を備え、容器容積を画定する内側側壁は、ＬＥＤ層の発光面に対して鋭角に傾斜し、反射材料を備える。したがって、ＬＥＤアレイの各ＬＥＤの容器容積は、各ＬＥＤから取り出される光の量を増加させるように構成されてもよい。
【0045】
本発明の第１の態様の任意選択の特徴は、本発明の第２の態様、特に色変換層を組み込んだＬＥＤアレイのＬＥＤにも適用できることが理解されよう。
【0046】
図面の簡単な説明
本開示は、以下の非限定的な図に関連して説明される。本開示のさらなる利点は、図面と併せて考慮するとき、詳細な説明を参照することによって明らかである。
本開示は、以下の非限定的な図に関連して説明される。本開示のさらなる利点は、図面と併せて考慮するとき、詳細な説明を参照することによって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1a】異なる入射角の範囲に対する分布ブラッグ反射器の反射率のグラフである。
【図1b】ＤＣＩ－Ｐ３規格のＲＧＢ色空間図である。
【図2】本開示の一実施形態によるＬＥＤアレイの図である。
【図3】本開示のさらなる実施形態によるＬＥＤアレイの図である。
【図4a】本開示の一実施形態による色変換領域の中心におけるＬＥＤサブ画素の光線追跡図である。
【図4b】本開示の一実施形態による色変換領域の縁部におけるＬＥＤサブ画素の光線追跡図である。
【図5】赤色、緑色、および青色ＬＥＤを備えるＬＥＤアレイの斜視図である。
【図6】本開示の一実施形態によるＬＥＤの容器層の図である。
【図7】反射器積層体の反射率のグラフである。
【図8】本開示の一実施形態による反射器積層体の図である。
【図9】中央阻止帯域波長および上側阻止帯域波長を示す反射器積層体の反射率のグラフである。
【図10】反射防止層を含む反射器積層体の反射率のグラフである。
【図11】本開示のさらなる実施形態によるＬＥＤアレイの図である。
【発明を実施するための形態】
【0048】
詳細な説明
本開示の一実施形態によれば、ＬＥＤアレイ１０が提供される。ＬＥＤアレイは３つのＬＥＤを含み、各ＬＥＤは異なる波長の光を出力するように構成される。ＬＥＤの少なくとも１つは、色変換材料を含む。したがって、ＬＥＤアレイ１０はまた、本開示の一実施形態によるＬＥＤを含む。
本開示の一実施形態によれば、ＬＥＤアレイ１０が提供される。ＬＥＤアレイは３つのＬＥＤを含み、各ＬＥＤは異なる波長の光を出力するように構成される。ＬＥＤの少なくとも１つは、色変換材料を含む。したがって、ＬＥＤアレイ１０はまた、本開示の一実施形態によるＬＥＤを含む。
【0049】
【0050】
ＬＥＤアレイ１０は、光発生層２０を備える。光発生層２０は、半導体接合のアレイを含み、各半導体接合は、ポンプ光を出力するように構成される。したがって、光発生層２０は、ポンプ光ＬＥＤ２１、２２、２３のアレイであると考えることができる。図２の実施形態では、ポンプ光ＬＥＤ２１、２２、２３のアレイの各々は、ＩＩＩ族窒化物を備える。ポンプ光ＬＥＤ２１、２２、２３の各々は、ｎ型半導体層（図示せず）と、複数の量子井戸（図示せず）を含む活性層と、ｐ型半導体層（図示せず）とを含む。例えば、光発生層２０は、基板上にポンプ光ＬＥＤのアレイをモノリシックに形成し、続いて基板を除去して光発生層２０の発光面２４を露出させることによって提供されてもよい。ポンプ光ＬＥＤ２１、２２、２３のモノリシックアレイの製造は、少なくとも英国特許第１８１１０９．６号明細書にさらに記載されている。
【0051】
もちろん、他の実施形態では、ポンプ光ＬＥＤのアレイに透明接点を設けて、光発生層２０の発光面２４を発光面２４の基板とは反対側に設けることができる。すなわち、光発生層２０の発光面２４は、光発生層２０の任意の主面であってもよい。
【0052】
図２に示す光発生層２０は、３つのポンプ光ＬＥＤを含む。各ポンプ光ＬＥＤ２１、２２、２３は、ポンプ光波長の光を出力するように構成されている。例えば、図２の実施形態では、ポンプ光の波長は青色可視光に対応し得る。いくつかの実施形態では、ポンプ光の波長は、少なくとも４４０ｎｍおよび／または４７０ｎｍ以下であり得る。特に、ポンプ光の波長は、少なくとも４５０ｎｍ、および／または４６０ｎｍ以下であり得る。本開示では、ＬＥＤが波長を有する光を出力すると説明される場合、前記波長は、最も高い強度（ピーク強度）を有するＬＥＤによって出力される光の波長であると考えられる。当該技術分野で知られているように、ポンプ光の波長は、ポンプ光ＬＥＤ２１、２２、２３の活性層に存在する多重量子井戸によって決定され得る。
【0053】
図２に示すように、ＬＥＤアレイ１０は、容器層３０を含む。容器層３０は、光発生層２０の発光面上に設けられている。容器層３０は、光発生層２０の発光面２４上に複数の容器容積３１、３２、３３を画定する複数の内側側壁３４を含む。各容器容積は、容器層を介して（すなわち、容器層３０の厚さを介して）提供される。したがって、各容器容積３１、３２、３３は、容器層の容器面３５の開口部から発光面２４を通って延在する。
【0054】
各容器容積３１、３２、３３は、光発生層２０のポンプ光ＬＥＤ２１、２２、２３と位置合わせされる。容器層の内側側壁３４は、容器容積３１、３２、３３がポンプ光ＬＥＤとほぼ位置合わせされるように、ポンプ光ＬＥＤの各々を取り囲むことができる。いくつかの実施形態では、容器層３０の内側側壁３４は、各容器容積３１、３２、３３の中心を各ポンプ光ＬＥＤ２１、２２、２３の中心と位置合わせするように構成されてもよい。
【0055】
容器層３０は、容器面３５を含む。容器面３５は、容器層３０の光発生層２０とは反対側に設けられた容器層３０の面である。容器面３５は、容器容積３１、３２、３３の各々に１つずつ、複数の開口部を画定する。したがって、容器面３５の開口部は、容器層３０の内側側壁３４によって画定される。容器層３０の開口部は、様々な異なる形状で設けられてもよい。例えば、開口部は、楕円形、長方形、六角形、または実際には不規則または正多角形の任意の形態であってもよい。いくつかの実施形態では、開口部の形状はポンプ光ＬＥＤの形状に対応するが、他の実施形態では、開口部の形状はポンプ光ＬＥＤ２１、２２、２３の形状（平面図で）と異なっていてもよい。開口部の形状に応じて、各容器容積３１、３２、３３は、１つまたは複数の内側側壁３４によって画定されてもよい。例えば、楕円形の開口部の場合、単一の連続した内側側壁が容器容積を画定することができる。図５は、本開示の一実施形態によるＬＥＤアレイの斜視図である。図５の実施形態では、各ＬＥＤは、長方形の輪郭を有する容器容積を含む。容器面３５は、各々が長方形（正方形）の形状を有する複数（９つ）の開口部を画定する。長方形の開口部の場合、４つの内側側壁３４が容器容積を画定することができ、以降同様である。
【0056】
図３は、本開示のさらなる実施形態によるＬＥＤアレイの図である。図３に示すＬＥＤアレイは、緑色ＬＥＤ１００、赤色ＬＥＤ２００、および青色ＬＥＤ３００を備える。いくつかの実施形態では、容器面３５上の各ＬＥＤの開口部は、特性寸法Ｄ０を有する。特性寸法Ｄ０は、開口部の最大径である。例えば、円形開口部の場合、Ｄ０は開口部の直径である。正方形の開口部の場合、Ｄ０は対角の角から角までの距離である。いくつかの実施形態では、各レンズは、レンズの直径に基づく特性寸法Ｄ１を有する。例えば、図３において、レンズは半球形状を有する。半球レンズの直径は特性寸法Ｄ１である。いくつかの実施形態では、０．１Ｄ１≦Ｄ０≦０．８Ｄ１である。特に、開口部Ｄ０の特性寸法は、ＬＥＤから効率的に光を取り出すために、レンズＤ１の特性寸法の約５０％であってもよい。
【0057】
図４ａおよび図４ｂは、半球レンズを有する図３のＬＥＤアレイのＬＥＤについての光線追跡図を示す。図４ａに示すように、容器面の開口部の中心からの放射光の光線追跡図は、すべての出現する光線がレンズの界面に垂直入射することを示す。図４ｂは、すべての光線が３０°より小さいレンズ界面との入射角を有する、容器面の開口部の縁部から放射される光線をさらに示す。
【0058】
図５は、赤色、緑色、および青色ＬＥＤ（すなわち、ＲＧＢアレイ）を備えるＬＥＤアレイの斜視図である。ＬＥＤアレイは９個のＬＥＤを備え、そのうち３個のＬＥＤは青色ＬＥＤであり、３個のＬＥＤは赤色ＬＥＤであり、３個のＬＥＤは緑色ＬＥＤである。ＬＥＤは、正方形敷き詰めアレイとして配置されている。他の実施形態では、他の配置、例えば六角形に敷き詰められたアレイが提供されてもよい。
【0059】
図６は、本開示の一実施形態によるＬＥＤの容器層３０の一部の図を示す。図６に示すように、容器層３０の内側側壁３４は、光発生層２０に対して傾斜している（すなわち、内側側壁３４は、表面に対して垂直ではない）。図６に示すように、内側側壁３４は、発光面２４と内側側壁３４との間で鋭角に傾斜している。したがって、内側側壁３４は、容器面３５における容器容積３１、３２、３３の開口部が、発光面２４との界面における容器容積３１、３２、３３の表面積よりも大きい表面積を有するように傾斜していてもよい。
【0060】
いくつかの実施形態では、各容器容積３１、３２、３３の側壁は、少なくとも３５°の角度αで傾斜していてもよい。少なくとも３５°の角度を設けることにより、各容器容積は、ＬＥＤアレイの画素ピッチが過剰にならないように表面積を有することができる。いくつかの実施形態では、各容器容積３１、３２、３３の側壁は、８５°以下の角度αで傾斜していてもよい。図６に示す実施形態では、内側側壁３４は、８０°の角度αで傾斜している。いくつかの実施形態では、内側側壁に８５°以下または６０°以下の角度を設けることにより、変換光のより大きな割合が容器容積３１、３２、３３の開口部に向けられ得るため、ＬＥＤの光学効率を高めることができる。
【0061】
容器層３０は、反射材料を備えることができる。反射材料は、反射性の内側側壁３４を有する容器層３０を形成するために提供されてもよい。したがって、反射材料は、容器層３０の外層として提供されてもよい。容器層３０に反射性の内側側壁３４を設けることにより、側壁に入射する光の大部分が（光吸収側壁に対して）容器容積内に反射される。したがって、色変換材料から全方向に生成され得る変換光の大部分がＬＥＤから抽出され得る。反射材料は、薄膜金属、例えばＡｌまたはＡＧであってもよい。
【0062】
いくつかの実施形態では、例えば図６に示すように、ＬＥＤは、容器層３０の内側側壁に設けられた反射増強層３６をさらに備え、反射増強層３６は誘電体を備える。例えば、反射増強層３６は、ＳｉＯ２を備えてもよい。反射増強層３６は、少なくとも容器層３０の内側側壁３４に設けられてもよい。反射増強層３６は、変換光波長の約４分の１（２５％）である、内側側壁３４に垂直な厚さを有することができる。
【0063】
図２に示すように、容器容積３１、３２の少なくとも１つは、色変換層４１を選択的に含むことができる。図２の実施形態において、第１の（緑色）容器容積３１は、第１の（緑色）色変換層４１を含む。第２の（赤色）容器容積３２は、第２の（赤色）色変換層４２を含む。各色変換層は、ポンプ光を異なる波長の変換光に変換するように構成される。例えば、第１の色変換層４１は、ポンプ光を緑色可視光に変換するように構成されてもよく、第２の色変換４２層は、ポンプ光を赤色可視光に変換するように構成されてもよい。このように、色変換層は、少なくとも４４０ｎｍおよび／または４８０ｎｍ以下の波長を有するポンプ光を変換するように構成されてもよく、第１の色変換層４１は、ポンプ光を少なくとも５００ｎｍおよび／または５５０ｎｍ以下の波長を有する変換光に変換してもよい。第２の色変換層４２は、ポンプ光を少なくとも６００ｎｍおよび／または６５０ｎｍ以下の波長を有する変換光に変換してもよい。
【0064】
いくつかの実施形態では、色変換層４１、４２は量子ドットを備えてもよい。いくつかの実施形態では、色変換層４１、４２は蛍光体を備えてもよい。いくつかの実施形態では、色変換層４１、４２は、蛍光体と量子ドットとの組み合わせを備えてもよい。表面積が１ｍｍ２を超える容器容積を有するＬＥＤおよびＬＥＤアレイの場合、蛍光体の粒径が大きいほど有利であり得る。表面積が１ｍｍ２未満の容器容積を有するＬＥＤおよびＬＥＤアレイの場合、例えばマイクロＬＥＤの場合、粒径が小さいため、量子ドットを備える色変換層を使用することが有利であり得る。量子ドットを含む色変換材料は当業者に公知である。色変換層として使用するのに適した量子ドットのさらなる詳細は、少なくともＧｕａｎ－Ｓｙｕｎ Ｃｈｅｎらによる「ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｒｅｄ／Ｇｒｅｅｎ／Ｂｌｕｅ Ｍｉｃｒｏ－ＬＥＤｓ ｗｉｔｈ ＨＢＲ ａｎｄ ＤＢＲ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」に見出すことができる。
【0065】
図２に示すように、色変換層４１、４２は、容器容積２１、２２にわたって延在してもよい。容器容積２１、２２は、色変換層によって少なくとも部分的に充填される。
【0066】
図２に示すように、ＬＥＤアレイ１０の容器容積３３の少なくとも１つは、色変換層を含まなくてもよい。したがって、ＬＥＤアレイ内のいくつかのＬＥＤは、未充填の容器容積を通してポンプ光を出力することができる。例えば、ポンプ光が青色可視光である場合、容器容積は、青色ＬＥＤ３００を提供するために色変換層を含まなくてもよい。
【0067】
図２に示すように、開口部の上の容器面３５にレンズ５１が設けられて第１の色変換層４１を覆っている。レンズ５１は、レンズの第１の色変換層４１とは反対側に凸面を有する。レンズは、ＬＥＤと外部環境との間の界面で全内部反射される変換光の量を低減するために設けられる。
【0068】
レンズは、光学的に透明な材料を備えてもよい。例えば、レンズは、シリコン、ＳｉＯ２、または他の誘電材料を備えることができる。レンズは、例えば、「Ｍｉｃｒｏ Ｒｅｓｉｓｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」社製のＯｒｍｏｃｌｅａｒ（ＲＴＭ）などのＵＶ硬化性ハイブリッドポリマー材料を用いたインプリントリソグラフィを使用して製造することができる。レンズは、樹脂を使用して印刷することもできる。
【0069】
図２に示すように、レンズ５１、５２は、色変換層４１、４２を含む容器容積３１、３２の各々の上に設けられてもよい。いくつかの実施形態では、各容器容積３１、３２、３３の上にレンズ５１、５２、５３を設けることができる。
【0070】
図２に示すように、ＬＥＤ１００、２００、３００の種類ごとのレンズは、曲率半径が異なる凸面を有していてもよい。図２に示すように、青色ＬＥＤ３００用のレンズ５３は、色変換層４１、４２を含む赤色および緑色ＬＥＤよりも大きい半径曲率を有する。青色ＬＥＤ３００の曲率半径は、青色光ＬＥＤ３００が光発生層２０からポンプ光のみを出力するので、大きくすることができる。このように、青色ＬＥＤによって出力されるポンプ光は、変換光を出力するＬＥＤと比較して、入射角に対して異なる光強度分布を有することができる。例えば、青色ＬＥＤ３００によって出力されたポンプ光のより大きな割合は、色変換層４１、４２の変換光と比較して、発光面２４に垂直な方向に進むことができる。したがって、色変換層を含まない容器容積のレンズ５３の曲率半径は、それらのＬＥＤの全内部反射をさらに低減するために増加させることができる。
【0071】
図３の実施形態では、各ＬＥＤ１００、２００、３００のレンズ５１、５２、５３は同じである。図３に示すように、レンズ５１、５２、５３の曲率半径は、２Ｄ０（すなわち、２倍）以下であってもよい。特に、レンズの曲率半径は、Ｄ０以下であってもよい。
【0072】
緑色ＬＥＤ１００用のレンズ５１の凸面には、第１のポンプ光反射器積層体６１が設けられている。同様に赤色ＬＥＤ２００用のレンズ５２の凸面上には、第２のポンプ光反射器積層体６２が設けられている。したがって、第１および第２のポンプ光反射器積層体は、それぞれのレンズ５１、５２の凸面に一致してもよい。したがって、第１および第２のポンプ光反射器積層体６１、６２も凸面を有する。第１および第２のポンプ光反射器積層体６１、６２が凸面を有することで、４５°より大きい入射角でポンプ光反射器積層体に入射する変換光の光量が、平坦面に比べて低減される。したがって、ポンプ光反射器積層体６１、６２によって全内部反射され得る変換光の割合を低減することができる。したがって、変換光のより大きな割合がポンプ光反射器積層体６１、６２を透過することができ、それによって緑色ＬＥＤ１００および赤色ＬＥＤ２００の取り出し効率を高めることができる。
【0073】
ポンプ光反射器積層体６１、６２の反射率を示すグラフを図７に示す。ポンプ光反射器積層体６１、６２は、事実上、帯域阻止フィルタである。したがって、ポンプ光反射器積層体６１、６２は、実質的にすべての光がポンプ光反射器積層体によって反射される下側阻止帯域波長から上側阻止帯域波長（λｅ）までの波長の範囲にわたって阻止帯域を有する。阻止帯域は、上側阻止帯域波長（λｅ）および下側阻止帯域波長が中心波長から等距離にあるように、中心波長（λ０）（例えば、第１の波長）を中心とする。下側阻止帯域波長よりも短い波長の場合、ポンプ光反射器積層体６１、６２は、光が一般にポンプ光反射器積層体を透過する下側通過帯域を有する。同様に、上側阻止帯域波長（λｅ）よりも長い波長の場合、ポンプ光反射器積層体６１、６２は、光が一般にポンプ光反射器積層体６１、６２を透過する上側通過帯域を有する。
【0074】
【0075】
複数の交互になった第１および第２の反射器層は、ポンプ光反射器積層体６１の中央部分を形成する。第１の反射器層（Ｈ）は第１の屈折率（ｎＨ）を有し、第２の反射器層（Ｌ）は第２の屈折率（ｎＬ）を有する。第１の屈折率は、第２の屈折率よりも高い。いくつかの実施形態では、第１の屈折率は少なくとも２であり、第２の屈折率は１．８以下である。図２の実施形態では、第１の反射器層はＴｉＯ２（屈折率約２．６）を備え、第２の反射器層はＳｉＯ２（屈折率約１．５）を備える。
【0076】
第１の反射器層（Ｈ）は第１の厚さ（ｔＨ）を有し、第２の反射器層（Ｌ）は第２の厚さ（ｔＬ）を有する。各反射器層の厚みは、それぞれ反射器層の主面の法線方向で測定した厚みである。
【0077】
ポンプ光反射器積層体６１の反射率特性を調整してポンプ光を反射するために、第１および第２の反射器層の各々は、レンズの凸面の法線方向の厚み屈折率積が第１の波長（すなわち、阻止帯域の中心波長）の４分の１である。すなわち、第１の反射器層（Ｈ）の場合、第１の厚さ（ｔＨ）とｎＨとの積はλ０／４に等しい。同様に、第２の反射器層（Ｌ）の場合、第２の反射器層の第２の厚さ（ｔＬ）とｎＬとの積はλ０／４に等しい。
【0078】
一般に、Ｈ層は５ｎｍ～５０ｎｍの厚さを有する。Ｌ層は、１０ｎｍ～１００ｎｍの厚さを有する。
【0079】
複数の第１の反射器層（Ｈ）および複数の第２の反射器層（Ｌ）は、ポンプ光反射器積層体の中央部分を形成するために、交互に積層されている。ポンプ光反射器積層体６１の中央部分は、少なくとも３つの層から形成されてもよく、第２の反射器層（Ｌ）は中央部分の外層を形成する（すなわち、ＬＨＬ構成）。いくつかの実施形態では、少なくとも５つの交互の層が設けられてもよい（ＬＨＬＨＬ）。図７に示す実施形態では、中央部分は１７個の交互層（ＬＨＬ．．．．ＬＨＬ）を備える。
【0080】
ポンプ光反射器積層体６１、６２の中央部分の両側には、第１および第２の界面層が設けられている。第１および第２の界面層の各々は、第１の反射器積層体と同じ材料を備えてもよい（すなわち、第１および第２の界面層は、第１の屈折率と同じ屈折率を有する）。第１および第２の界面層は、それぞれ第３および第４の屈折率（ｎ３、ｎ４）ならびにそれぞれ第３および第４の厚さ（ｔ３、ｔ４）を有することができる。第１および第２の界面層は、ポンプ光波長の８分の１（例えば、ｎ３ｔ３＝λ０／８）に等しい厚さ屈折率積を有することができる。
【0081】
ポンプ光反射器積層体６１、６２の層（すなわち、第１および第２の反射器層ならびに第１および第２の界面層）が光の波長に依存する屈折率を有する場合、本開示の目的のための層の屈折率は、ポンプ光反射器積層体６１、６２の中心波長（λ０）における層の屈折率であると考えられる。
【0082】
一実施形態によるポンプ光反射器積層体６１の反射率を図７に示す。ポンプ光反射器積層体は、ＳｉＯ２とＴｉＯ２との１７個の交互層と、上記の説明によるＴｉＯ２の２つの界面層とを含む（合計１９個の層）。ポンプ光反射器積層体６１の各層は、波長４５５ｎｍのポンプ光を反射する厚さを有する。ポンプ光反射器積層体の中心波長λ０は、４２０ｎｍである。図７は、３つの異なる入射角におけるポンプ光反射器積層体の反射率を示す。なお、図７には、波長４５５ｎｍのポンプ光ＬＥＤのスペクトルも併せて示している。
【0083】
図１ａに示すＤＢＲの反射率とは対照的に、図７では、ポンプ光反射器積層体６１の上側通過帯域では、反射率がＤＢＲのものよりも低いことが分かる。特に、緑色から赤色の可視光スペクトルにおけるポンプ光反射器積層体６１の反射率は、入射角が０°から３０°の間で５％未満である。したがって、ポンプ光反射器積層体は、入射角にかかわらず、図１ａのＤＢＲほど多くの変換光を反射しない。したがって、ポンプ光反射器積層体６１、６２を組み込んだ緑色ＬＥＤ１００および赤色ＬＥＤ２００は、図１ａに示すようなＤＢＲと比較して、変換光をより効率的に取り出す。
【0084】
ポンプ光反射器積層体６１の図を図８に示す。ポンプ光反射器積層体６１の各層の厚さは、ポンプ光反射器積層体のそれぞれの層の中心波長および屈折率で表される。図７のポンプ光反射器積層体について、各層の厚みの値を表１に示す。表および図７のポンプ光反射器積層体は、１９個の層を備える。表１に示すように、ポンプ光反射器積層体は、ＴｉＯ２とＳｉＯ２との交互層を含む。第１の反射器層および第１および第２の界面層は、そ各々波長４２０ｎｍで屈折率が約２．６０（すなわち、ｎＨ＝ｎ３＝ｎ４＝２．６０で）のＴｉＯ２を備える。第２の反射器層は、波長４２０ｎｍで屈折率が約１．４８（すなわち、ｎＬ＝１．４８）のＳｉＯ２を備える。
【0085】
【表1】
【0086】
ポンプ光反射器積層体６１は、中心波長が約４２０ｎｍ、上側阻止帯域波長が約５２２ｎｍとなるように構成されている。したがって、図７に示すように、図７のポンプ光反射器積層体は、４５５ｎｍの波長を有するポンプ光を反射する。いくつかの実施形態では、ポンプ光反射器積層体の中心波長は、ポンプ光波長よりも短い。
【0087】
ポンプ光反射器積層体は、ポンプ光反射器積層体の屈折率によって決定される上側阻止帯域波長λｅを有してもよい。例えば、ｎ３＝ｎ４＝ｎＨである図７のポンプ光反射器積層体の場合、上側阻止帯域波長は、以下の式によって決定されてもよい。
【0088】
【数2】
【0089】
図９は、中心波長λ０および上側阻止帯域λｅが示されている図７のポンプ光反射器積層体の反射率を示す。上側阻止帯域は、反射率が９５％減少する波長として計算される。例えば、式１によれば、ｎＨ＝２．６０およびｎＬ＝１．４８、λ０＝４２０ｎｍでは、λｅ＝５１０ｎｍとなる。
【0090】
いくつかの実施形態では、ＬＥＤアレイ１０はまた、変換光反射器積層体７１、７２を組み込んでもよい。変換光反射器積層体７１、７２は、光発生層２０のポンプ光ＬＥＤとＬＥＤ１００、２００の色変換層４１、４２との間に設けられてもよい。変換光反射器積層体７１、７２を設けて、変換光をポンプ光反射器積層体に向けて反射することにより、容器容積から取り出される変換光の割合を増加させてもよい。変換光反射器積層体７１、７２はまた、光発生層で生成されたポンプ光を透過させるように構成され、ポンプ光を容器容積から反射させてＬＥＤの全体効率を低下させないようにすることができる。したがって、変換光反射器積層体７１、７２はまた、ポンプ光を透過し、変換光を反射するように構成された帯域阻止フィルタの形態であってもよい。このように、変換光反射器積層体は、第２の波長を中心とする変換光を反射するように構成された阻止帯域を有する。いくつかの実施形態では、第２の波長は変換光波長に等しくてもよいが、他の実施形態では、変換光反射器積層体は、例えば、変換光波長が第２の波長とより低い阻止帯域波長との間になるように構成されてもよい。
【0091】
変換光反射器積層体７１、７２は、第３の界面層と、複数の交互になった第３および第４の反射器層と、第４の界面層とを備えてもよい。
【0092】
第３の界面層は、第５の屈折率（ｎ５）および第５の厚さ（ｔ５）を有することができる。
【0093】
複数の交互になった第３および第４の反射器層は、変換光反射器積層体の中央部分を形成する。第３の反射器層（Ｈ）は第６の屈折率ｎ６を有し、第４の反射器層（Ｌ）は第７の屈折率ｎ７を有する。第３の反射器層（Ｈ）は第６の厚さｔ６を有し、第４の反射器層（Ｌ）は第７の厚さｔ７を有する。第５および第７の屈折率は第６の屈折率よりも低い。いくつかの実施形態では、第６の屈折率は少なくとも２であり、第５および第７の屈折率は１．８以下である。図７の実施形態では、第３の反射器層（Ｈ）はＴｉＯ２（４２０ｎｍで約２．６０の屈折率）を備え、第４の反射器層（Ｌ）はＳｉＯ２（４２０ｎｍで約１．４８の屈折率）を含む。
【0094】
変換光反射器積層体の反射率特性を調整して変換光を反射するために、第３および第４の反射器層の各々は、変換光反射器積層体の阻止帯域が変換光を反射するよう構成されるように、発光面２４に垂直な方向に厚さ屈折率積を有する。例えば、いくつかの実施形態では、厚さ屈折率積は、それぞれの変換光層の変換光波長の４分の１に等しくなるように選択されてもよい。例えば、変換光層４１がポンプ光を波長６１０ｎｍを有する変換光に変換するように構成される実施形態では、第３の反射器層の各々は約５８ｎｍの厚さを有してもよく、第４の反射器層の各々は１０１ｎｍの厚さを有してもよい。
【0095】
変換光反射器積層体７１、７２の層（すなわち、第３および第４の反射器層ならびに第３および第４の界面層）が光の波長に依存する屈折率を有する場合、本開示の目的のための層の屈折率は、変換光反射器積層体７１、７２の第２の波長（中心波長）における層の屈折率であると考えられる。
【0096】
複数の第４の反射器層（Ｌ）および複数の第３の反射器層（Ｈ）は、変換光反射器積層体の中央部分を形成するために交互に積層されている。変換光反射器積層体の中央部分は、少なくとも３つの層から形成されてもよく、第３の反射器層（Ｈ）は、中央部分の外層を形成する（すなわち、ＨＬＨ構成）。いくつかの実施形態では、少なくとも５つの交互の層が設けられてもよい（ＨＬＨＬＨ）。図７に示す実施形態では、中央部分は１９個の交互層（ＨＬＨ．．．．ＨＬＨ）を備える。
【0097】
変換光反射器積層体の中央部分の両側には、第３および第４の界面層が設けられている。第３および第４の界面層の各々は、第３の反射器積層体と同じ材料を備えてもよい（すなわち、第３および第４の界面層は、第３の屈折率と同じ屈折率を有してもよい）。第３および第４の界面層は、中心波長の８分の１に等しい厚さ屈折率積を有することができる。
【0098】
いくつかの実施形態では、色変換層４１、４２のみを組み込んだＬＥＤ用に変換光反射器積層体が提供されてもよい。あるいは、変換光反射器積層体は、光発生層のポンプ光ＬＥＤ２１、２２、２３の各々を覆うように、発光面２４の実質的にすべてにわたって設けられてもよい。変換光反射器積層体を発光面にわたって設けることにより、パターニング工程が低減された変換光反射器積層体を形成することが可能になり、それによってＬＥＤアレイをより効率的に製造することができる。
【0099】
いくつかの実施形態では、ポンプ光反射器積層体６１、６２の上に反射防止層を設けてもよい。反射防止層は、ポンプ光反射器積層体の第２の界面層とＬＥＤアレイ１０の外部周囲（典型的には空気）との間の界面における変換光の反射を低減するように構成される。いくつかの実施形態では、反射防止層は、ポンプ光反射器積層体の第２の界面層の屈折率よりも低い屈折率を有する材料を備える。例えば、反射防止層は、１．６未満の屈折率を有する材料を備えてもよい。例えば、反射防止層はＳｉＯ２を備えてもよい。いくつかの実施形態では、反射防止層は、変換光波長の４分の１の厚さを有する。このように、反射防止層の厚さは、ポンプ光反射器積層体を透過した変換光の反射を低減するように構成されていてもよい。したがって、ＬＥＤの変換光取り出し効率をより高めるために、反射防止層を設けてもよい。
【0100】
【0101】
図１１は、本開示によるＬＥＤアレイ１０のさらなる実施形態を示す。光発生層、容器層、および色変換層は、図２の実施形態のそれぞれと実質的に同じである。図１１の実施形態では、レンズ５１、５２とレンズ界面層８１、８２との間にポンプ光反射器積層体６１、６２が設けられている。したがって、図２の実施形態と同様に、ポンプ光反射器積層体６１、６２は、レンズ５１、５２の凸面に設けられている。レンズ界面層８１、８２は、ポンプ光反射器層６１、６２の反対側にさらなる凸面８３、８４を有することができる、すなわち、レンズ界面層は、レンズ５１、５２およびポンプ光反射器６１、６２の上にさらなるレンズ形状を画定することができる。レンズ界面層８１、８２は、レンズと組み合わせてレンズ超構造体と考えることができる。したがって、ポンプ光反射器積層体６１、６２は、レンズ超構造体内に設けられると考えることができる。いくつかの実施形態では、反射防止層９１、９２は、レンズ界面層８１、８２のさらなる凸面上のポンプ光反射器層６１、６２の上に設けられてもよい。
【0102】
次に、ＬＥＤアレイ１０の形成方法について説明する。
まず、光発生層２０を作製してもよい。光発生層２０は、ＩＩＩ族窒化物電子デバイスを製造するための任意の既知のプロセスを使用して製造することができる。例えば、光発生層２０は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）のうちの１つまたは複数を使用して製造することができる。光発生層を形成するための適切なプロセスのさらなる議論は、少なくとも英国特許第１８１１０９．６号明細書に見出すことができる。
まず、光発生層２０を作製してもよい。光発生層２０は、ＩＩＩ族窒化物電子デバイスを製造するための任意の既知のプロセスを使用して製造することができる。例えば、光発生層２０は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）のうちの１つまたは複数を使用して製造することができる。光発生層を形成するための適切なプロセスのさらなる議論は、少なくとも英国特許第１８１１０９．６号明細書に見出すことができる。
【0103】
次に、変換光反射器積層体７１、７２、７３を、光発生層２０の発光面２４上に形成することができる。変換光反射器積層体は、発光面２４がポンプ光ＬＥＤ２１、２２、２３のすべてを覆うように、発光面の実質的にすべてにわたって設けられてもよい。変換光反射器積層体７１、７２、７３は、ＳｉＯ２とＴｉＯ２との交互層から形成されてもよい。変換光反射器積層体７１、７２、７３の層は、化学蒸着法、例えばＥビーム蒸着または低温スパッタリング、または当技術分野における任意の他の既知の方法によって堆積されてもよい。
【0104】
次いで、容器層３０は、容器層３０の連続層の薄膜堆積によって形成することができる。次いで、容器容積３１、３２、３３を画定するために、連続層を適切なマスクを使用してパターン化し、エッチングして連続層の一部を除去することができる。あるいは、容器層は、発光面２４（または存在する場合には変換光反射器積層体７１、７２、７３）の上にマスク層を堆積することによって形成されてもよく、マスク層は、容器容積３１、３２、３３に対応する光発生層上の部分を選択的にマスクするように構成される。次いで、容器層３０を、光発生層２０（または変換光反射器積層体７１、７２、７３）の露出部分上に堆積させることができる。
【0105】
容器容積３１、３２は、１つまたは複数の色変換層４１、４２で選択的に充填されてもよい。
【0106】
その後、レンズ５１、５２、５３を容器容積３１、３２、３３の上に形成することができる。レンズは、ＣＶＤプロセスを使用して堆積されるＳｉＯ２を備えてもよい。レンズ５１、５２、５３の凸面は、上述のプロセスのいずれかによって形成することができる。
【0107】
次に、充填された容器容積３１、３２を覆うレンズ５１、５２の凸面にポンプ光反射器積層体６１、６２を形成することができる。ポンプ光反射器積層体５１、５２。いくつかの実施形態では、ポンプ光反射器積層体は、レンズ５１、５２、５３の実質的にすべてにわたって形成されてもよく、その後、ポンプ光をフィルタリングする必要がないＬＥＤ（例えば、充填されていない容器容積３３を有するＬＥＤ）からポンプ光反射器積層体が（例えば、エッチングによって）選択的に除去されるプロセスが続く。ポンプ光反射器積層体５１、５２は、ＳｉＯ２とＴｉＯ２との交互層から形成されてもよい。ポンプ光反射器積層体６１、６２の層は、化学蒸着プロセス、例えばＭＯＣＶＤ、または当技術分野における任意の他の既知の方法によって堆積されてもよい。
【0108】
反射防止層は、ポンプ光反射器積層体６１、６２の上に形成されてもよい。反射防止層は、ＳｉＯ２またはＭＧＦ２またはＺｒＯ２などの誘電体を備えることができる。したがって、反射防止層は、ポンプ光反射器積層体６１、６２を形成するために使用されるのと同様のプロセスを使用して、ポンプ光反射器積層体の上に形成されてもよい。
【0109】
いくつかの実施形態では、レンズ界面層８１、８２は、ポンプ光反射器積層体６１、６２の上に形成されてもよい。レンズ界面層８１、８２は、レンズ５１、５２を形成するために使用されるのと同様のプロセスを使用して形成されてもよい。
【0110】
上記の開示によれば、ＬＥＤアレイ１０を設けることができる。上記の開示は、色変換層を組み込んだＬＥＤも提供することが理解されよう。
【0111】
したがって、本開示の実施形態によれば、変換光取り出し効率を高めつつ、ポンプ光漏れも低減するＬＥＤまたはＬＥＤアレイが提供される。
【図1a】
【図1b】
【図2】
【図3】
【図4a】
【図4b】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【国際調査報告】